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Procédé pour saccharifier la cellulose.
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La présente invention a pour objet la saccharification de la cellulose à l'aide d'acide chlorhydrique extrêmement concen- tré. La récupération de l'acide chlorhydrique utilisé est, dans ce ' cas, particulièrement importante, car il serait autrement impossi- ble d'effectuer la saccharification sur une grande échelle d'une manière économique. On peut réaliser cette récupération de l'acide chlorhydrique sans diminuer sa valeur, c'est-à-dire sans le diluer, et d'une manière extrêmement simple du point de vue de l'appareil, en évaporant ledit acide dans le vide. Dans ce cas, le sucre obtenu doit être sous forme d'une solution de sucre et pour obtenir une telle solution par le procédé couramment appliqué jusqu'à ce jour, un très grand excès d'acide chlorhydrique du maximum de concentra- tion est nécessaire.
Par exemple, pour saccharifier 100 kg de cellu- lose, il faut 160 à 200 kg diacide chlorhydrique pur sous forme d'un.-
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acide à 40% en poids, soit 400 à 500 kg d'acide aqueux.
C'est pourquoi de nombreux essais ont déjà été effectués en vue de diminuer l'apport d'acide chlorhydrique. Cependant, au- cun des essais effectués dans cette direction, par exemple en vue d'augmenter la solubilité par une élévation de la température ou par l'addition de catalyseurs, n'a abouti à une diminution appré- ciable de la quantité d'acide chlorhydrique.
Grâce à la présente invention, on obtient au contraire une solution de sucre du maximum de concentration avec le minimum d'acide chlorhydrique. A cet effet, on introduit et saccharifie progressivement la cellulose dans la quantité totale utilisée d'a- cide chlorhydrique aqueux de grande concentration et, après que le processus de la dissolution a commencé, on introduit continuel- lement dans la solution déjà sucrée, dans la même mesure que con- tinue à s'effectuer l'introduction de la cellulose, du gaz acide chlorhydrique, jusqu'à l'état de surconcentration.
On a en effet découvert que sous une pression déterminée, par exemple la pres- sion atmosphérique et sous une température déterminée, une soluti- on de sucre et d'acide chlorhydrique peut absorber une quantité de gaz acide chlorhydrique notablement plus grande que ce qui cor- respond à un acide chlorhydrique stable soumis aux mêmes conditions - cette quantité étant d'ailleurs d'autant plus grande que la so- lution contient plus de sucre - et que, en conséquence, on peut augmenter, ou au moins maintenir, l'action dissolvante du liquide si, en même temps que du sucre prend progressivement naissance, on fait passer du gaz acide chlorhydrique jusqu'. un état de surcon- centration.
De cette manière, il est possible, tout en maintenant l'état liquide, de saccharifier progressivement une très grande quantité de cellulose dans une quantité relativement faible d'aci- de chlorhydrique du maximum de concentration.
Le procédé est réalisé de la manière suivante: On traite d'abord, par exemple, de la cellulose pure broyée par la quantité -
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totale utilisée d'acide chlorhydrique aqueux concentré (par exem- ple à 42% en poids), en introduisant peu à peu la cellulose dans l'acide en mouvement, par exemple, pendant qu'on remue ce dernier.
Pendant qu'on continue l'introduction de la cellulose, on effectue alors une introduction continue de gaz acide chlorhydrique dans la solution d'acide chlorhydrique contenant du sucre. Une solution de sucre à 28 unités de poids %, par exemple, peut, de cette ma- nière, absorber une quantité de gaz acide chlorhydrique suffisante pour qu'on obtienne un acide à 50% en poids (rapport de l'acide à la solution d'acide et d'eau), alors que, normalement, en opérant à la pression atmosphérique et à une température de 20 , seul un acide à 42% en poids est stable. Ceci rend possible, tout en main- tenant l'état liquide, de dissoudre de nouvelles quantités de cellulose jusqu'à ce que, après quelques heures, la masse soit de- venue claire et fluide, avec un rapport approximatif de 90 parties en poids pour 100 parties de cellulose.
EXEMPLES DE REALISATION.
1. Dans 1 m3 d'un acide chlorhydrique à 41,3% en poids (densité 1,21) c'est-à-dire contenant 500 kg de HCl pur, on in- troduit d'abord 100 kg de cellulose pure (à 10% d'humidité) pour saccharifier celle-ci. En introduisant alors continuellement du gaz acide chlorhydrique pendant qu'on remue, on ajoute progressi- vement une quantité supplémentaire de 650 kg de cellulose (à 10% d'humidité) pour en effectuer l'hydrolyse. Au bout de 5 heures, on a obtenu de cette manière 2085 kg d'une solution contenant, en poids :
30,5 % de HCl, soit 635 Kg
35,5% de sucre, soit 740 Kg
34 % d'eau, soit 710 Kg
Sur la base des quantités d'acide et d'eau, l'acide chlorhydrique agissant en dernier lieu sur la cellulose est un acide à 46,1% en poids.
Au cours du procédé, 135 kg d'acide chlor- hydrique gazeux ont dû être introduits. On a donc pu saccharifier
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750 kg de cellulose avec un poids total de 635 kg d'acide chlor- hydrique pur (soit 1545 kg d'un acide à 46,1%), de sorte que le rapport de l'acide pur à la cellulose n'est que de 94 à 100, alors que le rapport était jusqu'ici habituellement de l'ordre de 200 à 100 et l'on obtient une solution de sucre liquide qu'on peut facilement évaporer dans une chaudière à vide.
L'acide sulfurique se comporte de la même manière que le gaz acide chlorhydrique si l'on effectue son introduction en procédant de la même manière que pour ce dernier. On peut donc ainsi effectuer une nouvelle réduction de la quantité utilisée de gaz HCl, ou même remplacer entièrement ce gaz par l'acide sul- furique. Etant donné que l'acide chlorhydrique peut en tout cas être presque complètement chassé par une addition d'acide sulfu- rique lors de l'évaporation, on peut, dans le procédé de dissolu- tion, suivant l'invention, en commençant à ajouter progressivement cet acide sulfurique au cours de la dissolution, économiser davan- tage encore en gaz acide chlorhydrique.
2. Dans 1 m3 d'un acide chlorhydrique à 42% en poids (densité 1,2), c'est-à-dire contenant 510 kg de HCl pur, on in- troduit 80 Kg de cellulose pure (à 7% d'humidité) pour sacchari- fier celle-ci. En introduisant d'une manière continue de l'acide sulfurique et du gaz acide chlorhydrique pendant qu'on remue, on ajoute peu à peu 720 kg de plus de cellulose (à 7% d'humidité) pour la saccharifier. Au bout de 5 heures, on a obtenu 2200 kg d'une solution de la composition suivante :
27 % en poids, soit 595 kg de HCl
36,5 % " " " 800 " de sucre
36,5 % " " 805 " d'eau Au cours du procédé, on a introduit 85 kg d'acide chlorhydrique gazeux et, en outre, 80 kg d'acide sulfurique (96% en poids).
Cette quantité suffit pour que, en sa présence, l'acide chlorhy- drique soit presque complètement éliminé au cours de l'évaporation.
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Comme la production théoriquement possible de sucre est de 825 kg, le rendement en sucre est de 97%. Le rapport de l'acide chlorhy- drique pur à la cellulose n'était que de 79 à 100, alors qu'il a jusqu'ici habituellement été de 200 à 100.
Lors de l'addition du gaz acide chlorhydrique ou de l'acide sulfurique il est avantageux de refroidir durant le pro- cessus de saccharification la matière de réaction, c'est-à-dire la solution acide de sucre. On y procède avantageusement à l'ex- térieur du récipient de saccharification proprement dit, en éva- cuant la solution du récipient de saccharification, par exemple par en-dessous, au moyen d'une pompe, en la pompant à travers un réfrigérant et en la ramenant dans le récipient par au-dessus, en circuit fermé.
Comme pendant toute la durée de la réaction on amène de manière continue du gaz acide chlorhydrique ou de l'acide sul- furique, il est nécessaire d'introduire ce gaz acide chlorhydrique ou cet acide sulfurique dans le récipient de réaction à l'aide d'une pompe spéciale résistant aux acides et de répartir le gaz acide chlorhydrique ou l'acide sulfurique aussi bien que possible afin d'éviter des surchauffes locales provoquées par la chaleur de réac- tion ou par la chaleur de dissolution.
Suivant une caractéristique supplémentaire de la présen- te invention, on assure que le mélange du gaz acide chlorhydrique ou de l'acide sulfurique avec tout le contenu de liquide s'opère de la,manière la plus simple et uniforme possible. On atteint ce but en aspirant le gaz acide chlorhydrique ou l'acide chlorhydri- que, requis pour la saccharification, à l'aide d'un injecteur ré- sistant aux acides, et en employant comme agent de fonctionnement de l'injecteur le liquide de réaction circulant en circuit fermé, de telle sorte qu'un mélange intime de ce liquide avec le gaz acide chlorhydrique ou l'acide sulfurique s'opère à l'intérieur de l'in- lecteur. On donne avantageusement à la pompe de circulation des dimensions suffisantes pour qu'elle puisse être utilisée en même temps comme pompe faisant fonctionner l'injecteur.
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Afin de disposer toujours d'une quantité suffisante d'acide chlorhydrique pour la saccharification, il est avantageux d'amener un excès de gaz acide chlorhydrique et d'aspirer conti- nuellement par au-dessus les quantités en excès, de manière que le gaz acide chlorhydrique en excès circule lui aussi en circuit fermé à l'intérieur de l'appareil.
En outre, il est particulièrement avantageux de fabriquer, également par les moyens du présent procédé, préalablement à la saccharification, c'est-à-dire avant l'introduction des quantités nécessaires de cellulose, l'acide chlorhydrique aqueux à haute con- centration requis pour la saccharification, en pompant en circuit fermé à travers l'injecteur de l'eau qui forme avec le gaz acide chlorhydrique de l'acide chlorhydrique aqueux ou contentré. Dans ce cas le réfrigérant est employé non pas pour évacuer la chaleur de réaction engendrée au cours de l'hydrolyse, mais la chaleur de dissolution engendrée au cours de la dissolution du gaz acide chlorhydrique.
REVENDICATIONS.
----------------------------- l.- Procédé pour obtenir des solutions de sucre par le traitement de la cellulose par de l'acide chlorhydrique du maxi- mum de concentration, caractérisé en ce qu'on dissout et on saccha- rifie progressivement les quantités de cellulose dans la majeure partie de la. quantité d'acide utilisée, notamment dans tout l'aci- de chlorhydrique aqueux de forte concentration à utiliser, et après que le processus de la dissolution a commencé dans le liqui- de de dissolution déjà sucré, on introduit dans la masse de réac- tion progressivement, de préférence de manière continue, avec le supplément de cellulose, le reste de la quantité d'acide chlorhy- drique sous forme de gaz jusqu'à un état de surconcentration de ladite masse.
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